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2025年 第51卷 第6期 刊出日期：2025-06-12

上一期   

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

基于改进U-Net++模型的油菜pol TCMS温敏两系育性等级鉴定及温度育性关系的量化研究

李世鹏, 陈才武, 张晶, 吕恬, 傅廷栋, 易斌

作物学报. 2025, (6):  1423-1434.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44198

摘要 ( 156 )   HTML ( 31 )   PDF (4610KB) ( 157 )  

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油菜(Brassica napus L.)是全球重要的油料作物, 其杂种优势的利用在提升产量与环境适应能力方面发挥了关键作用。温敏型波里马细胞质雄性不育系(pol TCMS)因其育性受温度影响, 具备一系两用的独特优势, 已成功应用于两系育种。雄蕊、雌蕊长度是生产实践中进行育性等级划分的主要依据, 然而育性等级的主观划分方法易受人为因素干扰, 最终影响表型考察及精细定位的结果。为此, 本研究提出了一种育性等级鉴定的新方法, 即基于改进U-Net++深度学习模型的图像语义分割法。以pol TCMS温敏两系及pol CMS稳定不育系构建F₂分离群体, 首先, 获取分离群体中不同育性等级花器官的图像, 标注构建数据集; 其次, 选取U-Net++图像语义分割方法, 通过优化编码器和解码器结构并引入通道注意力模块, 提升模型的分割精度; 最后, 以不同育性等级的图像进行训练和测试。结果表明, 改进后的模型在不同育性等级花器官的分割任务中, 平均交并比为92.02%, 精确率为98.94%, 召回率为98.84%, F₁分数为98.87%, 优于其他分割模型方法, 该模型能很好识别出不同育性等级的花器官。基于分割结果获得原位实际长度, 与人工测量的长度相比, 预测值与实测值的决定系数R²为0.989, 均方根误差(RMSE)为0.142 mm, Spearman相关系数为0.983, 可以实现不同育性等级表型参数的准确测量。此外, 通过分析量化温度与育性(雄蕊/雌蕊比值)的关系发现, 育性随单花开花前9 d的温度变化而波动。本研究验证了温度对油菜育性的关键影响, 为深入解析油菜温敏特性及相关基因定位研究提供了新方法和技术支持。

谷子微核心种质的构建

梁红凯, 赵苏蒙, 陆琼, 周鹏, 智慧, 刁现民, 贺强

作物学报. 2025, (6):  1435-1444.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44204

摘要 ( 165 )   HTML ( 19 )   PDF (4322KB) ( 129 )  

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种质资源是作物遗传研究、种质创新和新品种培育的重要基础。然而, 随着种质资源数量的快速增长, 如何高效研究和利用这些遗传资源成为亟待解决的重要问题。本研究基于全球范围的967份谷子种质资源的基因组数据, 通过遗传多样性、遗传距离、地理分布等信息, 构建出一个具有代表性的200份谷子微核心种质资源群体。该微核心种质保留了原始种质的遗传多样性和群体结构的代表性, 同时具有广泛的地理分布和丰富的表型变异。本研究进一步通过全基因组关联分析鉴定出10个与农艺性状关联的QTL, 包括调控谷子叶枕颜色的PPLS1基因和与抽穗期相关的Ghd7.1基因, 表明该微核心种质具有高的实用性。研究结果为谷子种质资源的高效利用提供了重要的材料基础。

棉花纤维品质相关性状QTL元分析及候选基因鉴定

郭栋财, 吕涛, 蔡永生, 买吾鲁达·艾合买提, 全家, 曲延英, 郑凯

作物学报. 2025, (6):  1445-1466.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44108

摘要 ( 106 )   HTML ( 13 )   PDF (3429KB) ( 121 )  

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棉花纤维品质性状是受多基因控制的复杂数量性状, 深入挖掘棉花纤维品质数量性状基因座(quantitative trait loci, QTL)和候选基因对棉花纤维品质遗传改良具有重要意义。本研究利用BioMercator 4.2软件, 以Blenda A等发布的棉花高密度分子标记遗传连锁图谱为参考图谱, 对来自21个独立纤维品质QTL定位研究中的379个控制棉花纤维品质的原始QTL进行图谱整合、映射以及QTL元分析。获得的74个控制棉花纤维品质性状的一致性meta-QTL (meta quantitative trait loci, MQTL), 分布在26条染色体上, 置信区间最小为0.5 cM, 所有MQTL中共包含13,833个基因。通过RNA-seq、GO和KEGG富集分析, 挖掘到32个与棉花纤维品质相关的候选基因。通过qRT-PCR验证发现, 这些基因在棉花纤维发育不同时期差异表达, 推测其可能参与调控棉花纤维发育。本研究为棉花纤维品质性状分子标记辅助选择育种和基因克隆提供理论依据。

水稻内卷叶突变体acl3的鉴定及调控基因的功能分析

雷松翰, 范骏扬, 车艳奕, 代永东, 郑雨萌, 田维江, 桑贤春, 王晓雯

作物学报. 2025, (6):  1467-1479.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42052

摘要 ( 100 )   HTML ( 13 )   PDF (17149KB) ( 172 )  

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适度卷叶有利于异交结实和提高作物群体光合效率, 在杂交水稻制种及生产中具有重要的应用价值。我们从甲基磺酸乙酯EMS诱变体库中鉴定到1个稳定遗传的内卷叶突变体acl3 (adaxially curled leaf 3), 该突变体表现出株高和结实率降低、千粒重极显著提高。石蜡切片表明, 叶片上表皮维管束间的泡状细胞数量减少和面积变小是导致acl3极度内卷的主要原因。遗传分析表明, acl3的突变性状受1对单隐性核基因调控, 初步定位在第7染色体Indel标记07g89和07g498之间409 kb的物理范围内。对突变体acl3及其野生型西大1B进行全基因组测序, 利用IGV软件查找acl3定位区间的序列差异, 发现注释基因LOC_Os07g01240/SRL1/CLD1在第6外显子上存在1个G到A的碱基替换, 初步确定为候选基因。通过构建互补载体转化突变体acl3, 表型鉴定结果显示互补植株的卷叶、株高、籽粒大小等突变性状均恢复至野生型水平, 表明ACL3是SRL1的一个新等位基因, 并具有“一因多效”的特性。qRT-PCR分析结果显示, 卷叶相关基因REL2和NAL7极显著上调; 进一步分析生长素(IAA)途径相关基因的表达变化发现, 生长素合成基因YUCCA2、应答基因ARF1和ARF7、原初响应基因IAA10、IAA21、IAA22等均有不同程度的上调, 这表明ACL3可能通过生长素途径调控水稻株型的发育过程。

基于转录组和AlphaFold对稻瘟菌经典效应蛋白和水稻受体的快速鉴定

凤舞剑, 冼晓青, 张新钵, 曹丹, 强承魁

作物学报. 2025, (6):  1480-1488.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42049

摘要 ( 93 )   HTML ( 12 )   PDF (9099KB) ( 51 )  

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效应蛋白是植物病原菌克服植物免疫的重要武器, 病原菌在侵染初期与植物的斗争中会分泌不同类型的效应子。为了鉴定病原菌关键的经典效应蛋白和与植物互作的靶基因, 拟通过生物信息学和结构生物学建立经典效应蛋白和靶标蛋白的鉴定方案。以稻瘟病菌和水稻为对象, 运用SignalP、TMHMM、PredGPI、PSORT和EffectorP在稻瘟病菌中共鉴定到535个效应蛋白, 主要分为5类。利用稻瘟病菌-水稻互作转录组共鉴定到282个关键效应蛋白, 并构建了稻瘟病菌-水稻的早期效应蛋白-植物互作的共表达网络。利用AlphaFold3预测发现水稻Os06t0633800和Os03t0114400蛋白可能分别为稻瘟病菌MGG_08817和MGG_03865的潜在靶标。利用荧光素酶互作验证发现MGG_08817与Os06t0633800、MGG_03865与Os03t0114400在烟草中存在互作。病原菌效应蛋白和靶标蛋白的快速筛选和鉴定对于植物病害的防治具有重要意义, 该研究成果将有助于鉴定和挖掘重要的病原菌效应蛋白和植物靶基因, 为植物病原菌互作的深入研究提供理论依据, 为植物病害的绿色防控奠定基础。

花生磷脂酰肌醇转运蛋白基因AhSFH的克隆及其响应黄曲霉菌侵染的表达特征分析

郭腾达, 崔梦杰, 陈琳杰, 韩锁义, 郭敬坤, 吴晨迪, 付留洋, 黄冰艳, 董文召, 张新友

作物学报. 2025, (6):  1489-1500.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44191

摘要 ( 60 )   HTML ( 10 )   PDF (16925KB) ( 30 )  

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磷脂酰肌醇转运蛋白(phosphatidylinositol transfer protein, PITP)是真核生物细胞内膜系统间转运磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱单体的一类蛋白质, 其参与植物生长发育、信号转导、逆境胁迫响应等多种重要的生命过程。花生中响应黄曲霉侵染的PITP基因尚未见报道。本研究以高抗黄曲霉侵染花生种质J11为材料, 利用RT-PCR技术克隆获得花生磷脂酰肌醇转运蛋白类基因, 并通过生物信息学分析、实时荧光定量PCR (RT-qPCR)技术、亚细胞定位等对其进行分子特征鉴定和功能预测。结果显示, 该基因编码区序列长度为1836 bp, 编码一个分子式为C₃₁₁₄H₄₉₃₈N₈₈₀O₉₄₃S₃₅、包含611个氨基酸、分子量为70.91 kD、等电点为7.84的不稳定亲水性蛋白。该蛋白无信号肽和跨膜结构域, 含有典型的Sec14和Nodulin结构域, 属于植物PITP家族的SFH亚族, 将其命名为AhSFH, 与大豆和蓖麻SFH蛋白有较近的亲缘关系。亚细胞定位结果显示, AhSFH蛋白主要定位于细胞质中。启动子作用元件分析发现, AhSFH基因启动子区包含大量的光响应、激素和胁迫响应元件。转录组和RT-qPCR分析发现, 在黄曲霉侵染初期(T2~T3), AhSFH基因在抗性材料中的表达水平急剧上升, 且显著高于高感材料。蛋白互作预测分析显示, AhSFH蛋白与多个转移酶相关家族蛋白具有关联性。本研究表明, 花生AhSFH基因可强烈响应黄曲霉的侵染, 可能在抗性花生材料抵抗黄曲霉侵染中发挥正调控作用。

玉米ZmKL1优异等位基因调控籽粒大小的效应评估及分子机制解析

杨晓慧, 晏宣军, 杨文妍, 付俊杰, 杨琴, 谢玉心

作物学报. 2025, (6):  1501-1513.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43052

摘要 ( 84 )   HTML ( 9 )   PDF (11726KB) ( 69 )  

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为评估玉米籽粒大小调控基因ZmKL1不同等位基因对农艺性状的效应, 解析其调控籽粒大小的分子机制, 本研究构建了近等基因系(NIL), 在2个地点调查其田间表型、穗部及籽粒表型, 并进行转录组与蛋白组测序, 共同解析不同等位基因对籽粒大小的调控效应。结果显示, NIL群体在粒长、粒宽、百粒重、株高及穗位高方面存在显著差异, 花期及穗部表型等方面无差异。2组NIL间差异表达基因总数为744个、差异表达蛋白总数为152个。GO分析发现差异表达基因富集于蛋白结合、氧化还原酶活性等途径, 差异表达蛋白则与转录、基因表达调控、RNA生物合成及代谢调控过程密切相关。进一步利用荧光定量PCR试验对8个关键基因的表达差异进行了验证。本研究对ZmKL1等位基因进行了表型评估, 发现ZmKL1优异等位基因在玉米产量性状改良方面具有一定的应用潜力; 同时联合转录组与蛋白组初步解析了其调控籽粒大小的机制, 为进一步挖掘影响籽粒大小关键基因及通路提供了思路。

小麦蔗糖合酶基因TaSUS2调控籽粒淀粉合成及品质的功能研究

吴美娟, 张寅辉, 李元昊, 刘海霞, 黄以琳, 李甜, 刘红霞, 张学勇, 郝晨阳, 郭杰, 侯健

作物学报. 2025, (6):  1514-1525.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41076

摘要 ( 79 )   HTML ( 12 )   PDF (7436KB) ( 109 )  

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小麦是重要的粮食作物之一, 持续提升其产量是育种的重要目标。提高粒重可以有效提高小麦单产, 而小麦籽粒的主要成分是淀粉。为全面解析淀粉合成通路关键酶基因TaSUS2对籽粒淀粉合成的作用, 本研究从小麦基因组中扩增了TaSUS2的全长cDNA序列, 并在科农199中对TaSUS2进行基因编辑, 获得2种纯合二突材料(KO-1、KO-2)和1种纯合的三突材料(KO-3)。转基因材料表型鉴定发现, 与野生型相比, TaSUS2的种子出现明显的皱缩, 粒重显著下降, 且籽粒胚乳中总淀粉含量、直链淀粉含量、绝对淀粉含量和A型淀粉的粒径也显著降低, 表明TaSUS2影响粒重和籽粒中的淀粉合成。转录组分析发现, TaSUS2-KO-3花后21 d的籽粒中淀粉合成通路上的多个主要合成酶基因上调表达。开发TaSUS2-2A-CAPS标记并鉴定了145份重测序材料, 发现TaSUS2影响淀粉含量、湿面筋含量、蛋白质含量及沉降值等品质性状, TaSUS2-2A-Hap-G是影响品质性状的优异单倍型。研究结果为阐析TaSUS2的生物学功能奠定了基础, 也为未来小麦的高产优质分子育种提供了基因资源。

基于6个表型性状的青稞种质遗传多样性分析及综合评价

旺姆, 卓嘎, 扎桑, 西若曲宗, 达瓦顿珠, 郭刚刚, 张京, 卓嘎, 伦珠朗杰

作物学报. 2025, (6):  1526-1537.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41085

摘要 ( 72 )   HTML ( 8 )   PDF (1005KB) ( 44 )  

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通过青稞种质遗传多样性评估, 能够深入了解资源的优势变异, 为青稞育种中优异互补亲本的选择提供便利, 有效提高优异基因的交流聚合和新品种选育的效率。本研究选用了来自青稞种植区域的不同生态类型的1112份供试材料, 通过6个表型性状的综合鉴定, 评估遗传多样性和鉴定优异种质资源。结果表明: (1) 青稞资源的表型遗传多样性丰富, 分蘖数、株高、穗长、茎粗、主穗粒数和主穗粒重均表现了丰富的变异; 从农家品种到人工杂交选择的育成品种主要在产量密切相关的性状有较明显的变化, 育种的遗传增益主要体现在增加穗粒数和穗粒重; (2) 区内人工杂交选择的育成品种遗传多样性相比区外人工杂交选择的育成品种低, 但总体性状表现优于区外品种; (3) 系统聚类分析, 将青稞资源分成4类, 第I类6个性状表型平均值最高, 第II类分蘖数最多, 其他性状表现中等, 第III类分蘖数最少, 其他性状表现中等, 第IV类各性状的表型平均值最低; (4) 主成分分析法和逐步回归分析法综合评判表明, 除穗长对青稞综合表型影响较低以外, 其他5个性状可作为青稞表型鉴定的主要指标, 解释率R²高达0.999。

早熟小麦品种扬麦37主要目标性状的遗传构成分析

吕国锋, 范金平, 吴素兰, 张晓, 赵仁慧, 李曼, 王玲, 高德荣, 别同德, 刘健

作物学报. 2025, (6):  1538-1547.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41063

摘要 ( 88 )   HTML ( 5 )   PDF (498KB) ( 85 )  

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冬春小麦杂交是拓宽小麦品种遗传基础的重要途径。通过对冬春杂交育成品种扬麦37及其母本春性品种镇麦9号和父本半冬性品种邯6172的生育期、产量相关性状、抗病性和品质等育种目标性状的测定以及64个上述性状相关基因的分子检测, 分析扬麦37的遗传构成以及育种目标性状相关基因在育种过程中的选择情况。结果表明, 扬麦37比镇麦9号成熟期早4 d。扬麦37与镇麦9号株高相近, 每平方米穗数和千粒重介于双亲之间, 每穗粒数高于双亲。扬麦37和镇麦9号均为中抗小麦赤霉病, 和邯6172均感小麦白粉病和黄花叶病。扬麦37蛋白质含量和镇麦9号相近, 面团稳定时间明显低于镇麦9号。母本镇麦9号和父本邯6172对扬麦37的遗传贡献率分别为62.5%和37.5%。扬麦37与母本镇麦9号的春化、光周期和开花基因单倍型相同。扬麦37遗传了镇麦9号的矮秆基因Rht-B1b, 以及母本TaGS-D1和TaSus2-2B以及父本TaSus1-7A的高粒重单倍型。扬麦37遗传了母本镇麦9号的抗赤霉病QTL QFhs.crc-2D, 丢失了母本的抗白粉病基因Pm21和抗黄花叶病QTL QYm.nau-2D。扬麦37与镇麦9号同为抗穗发芽单倍型Sdr-B1a和Vp-1Bc。扬麦37不含镇麦9号优质高分子量麦谷蛋白亚基(high molecular weight glutenin subunit, HMW-Gs)组合1Dx5+1Dy10, 但引入了对面筋强度有负向效应的1RS·1BL易位系。对开花期、抗穗发芽等基因的选择是扬麦37双亲特异基因不均等分配的主要原因, Pm21、QYm.nau-2D、1Dx5+1Dy10在品种选育过程中丢失和1RS·1BL导入是扬麦37与母本镇麦9号抗病性和品质产生差异的重要原因。

小麦小旗叶突变性状基因定位与遗传分析

杨思杰, 杜启迪, 柴守玺, 熊宏春, 谢永盾, 赵林姝, 古佳玉, 郭会君, 刘录祥

作物学报. 2025, (6):  1548-1557.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41095

摘要 ( 108 )   HTML ( 9 )   PDF (5258KB) ( 120 )  

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叶片形态作为株型结构的核心特征, 对光合作用效率、作物产量及胁迫响应等具有重要影响。旗叶是小麦进行光合作用的重要功能器官, 其光合效率直接影响小麦产量, 深入挖掘旗叶发育调控基因有助于培育高产小麦品种。本研究以小麦品种京411为野生型, 经诱变获得了表型稳定的小旗叶突变体je0261。该突变体表现旗叶变窄变短, 旗叶叶长减小38.9%, 叶宽减少29.3%, 叶面积减小56.7%。根据突变体与野生型的F₂和F₃代表型数据分析表明, 旗叶宽窄和长短性状分别受1对主效隐性基因控制。采用混合群体分离分析法(BSA), 结合测序所得SNP位点, 在7A染色体上开发了7个KASP标记, 将控制叶长、叶宽的目标基因同时定位在7A染色体长臂1.18 cM遗传区段内, 对应中国春参考基因组8.08 Mb的物理区间。2个基因之间的遗传距离为1.00 cM, 推断是2个新的控制旗叶宽度和长度的主效基因。本研究所鉴定的小麦旗叶大小和宽窄调控区段有助于深入解析小麦旗叶叶面积形成的遗传基础, 为进一步改良小麦叶型提供新基因源。

大豆开花时间和成熟期性状全基因组关联分析与候选基因预测

王琼, 邹丹霞, 陈兴运, 张威, 张红梅, 刘晓庆, 贾倩茹, 魏利斌, 崔晓艳, 陈新, 王学军, 陈华涛

作物学报. 2025, (6):  1558-1568.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44166

摘要 ( 103 )   HTML ( 7 )   PDF (6989KB) ( 103 )  

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大豆是典型的短日照作物, 对光周期极为敏感, 其栽培和产量均受到田间光周期条件的制约。本研究对264份大豆种质资源的开花时间和成熟期性状进行了考察, 分析了开花相关性状与蛋白质含量、含油量、百粒重和株高等农艺性状之间的关系。随后利用全基因组关联分析, 鉴定出235个与开花时间和成熟期相关的位点, 并预测了14个可能参与调控大豆开花时间和成熟期的候选基因, 其中与开花时间相关的候选基因有10个, 与成熟期相关的基因有5个, 且有1个候选基因同时与开花时间和成熟期相关。这些候选基因为进一步解析大豆开花相关性状的调控机制和大豆广适性高效遗传改良奠定了基础。

耕作栽培·生理生化

一份玉米小籽粒发育突变体mn-like1的遗传分析与分子鉴定

袁鑫, 赵卓凡, 赵瑞清, 刘孝伟, 郑名敏, 刘育生, 董好胜, 邓丽娟, 曹墨菊, 黄强

作物学报. 2025, (6):  1569-1581.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43056

摘要 ( 73 )   HTML ( 7 )   PDF (21836KB) ( 90 )  

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籽粒是玉米最重要的库器官, 其正常发育需要充足的碳水化合物供应与顺畅的物质运输通道。本研究在选系中获得了1份籽粒发育缺陷突变体small kernel 18 (smk18), 经多年多点种植, 突变体smk18性状遗传稳定, 统计(B73×smk18) F₂群体分离比发现, 该性状受1对隐性单基因控制。将smk18突变性状回交5代于自交系RP125中构建近等基因系mn-like1 (RP125^{smk18 smk18})。表型鉴定显示, mn-like1植株相较于RP125株高、穗位高增加, 百粒重、粒长、粒宽显著降低。通过分子标记将该突变基因定位于2号染色体分子标记Indel 4和Indel 5之间。该区间内有一报道的小籽粒基因Miniature1 (Mn1), 其编码细胞壁蔗糖转化酶, 在籽粒发育早期控制糖类物质运输。通过扩增mn-like1中Mn1基因CDS, 测序并比对发现突变体第5外显子上有9 bp缺失, 使得Mn1蛋白第409~411的3个氨基酸缺失, 蛋白结构变异。且授粉后13天mn-like1籽粒中Mn1表达量显著降低。通过将mn-like1与Mn1转座子插入突变体mn1-mu进行等位性测验, 确认mn-like1为Mn1新的等位突变体。亚细胞定位、糖类物质测量以及糖原染色结果显示, Mn1在籽粒胚乳基底转移层特异表达, 其突变后糖类物质运输通道受阻, mn-like1中蔗糖和淀粉含量显著降低, 造成籽粒发育缺陷。本研究丰富了不同遗传背景下Mn1突变体的种质资源, 为Mn1调控籽粒发育机制的解析和Mn1蛋白催化功能研究提供新的遗传材料。

马铃薯叶片表皮毛形态特征、类型与发育过程

杨双, 白磊, 郭华春, 缪亚生, 李俊

作物学报. 2025, (6):  1582-1598.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44188

摘要 ( 59 )   HTML ( 7 )   PDF (13037KB) ( 24 )  

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被子植物叶片表面多着生形态各异的表皮毛, 其结构与功能已在多种植物上得到研究和验证, 而茄属作物马铃薯表皮毛的形态特征、结构与分类等尚缺乏系统研究。本研究利用光学和电子显微方法观察不同马铃薯品种表皮毛的分布、形态特征与发育过程。结果表明, 马铃薯表皮毛分为II、III、V型非腺毛和VI、VII型腺毛2类, 非腺毛主要分布于茎、叶上表皮和叶边缘, 腺毛则以叶片下表皮为主要分布区域。非腺毛的发育起始于表皮细胞的局部锥状突起, 突起进行1次平周分裂形成基细胞与顶细胞, 基细胞分化形成基部, 顶细胞伸长后经细胞分裂可形成多个柄细胞; 成熟柄细胞表面有疣状突起, 末端无腺头细胞的形成, 呈尖锐状或钩状。腺毛发育则是表皮细胞形成突起, 突起逐渐膨大为腺毛原始细胞, 后经分裂形成1个基细胞与1个顶细胞; 基细胞不再分裂, 直接分化为腺毛的基部; 顶细胞则膨大形成原始腺毛头细胞, 根据其分裂方式与细胞数目不同, 分为VI和VII型; 成熟的腺毛具有分泌能力, 通过皮下空间进行分泌物质的积累, 当分泌物积累到一定程度时, 在头细胞表面形成突起, 通过分泌孔或直接破裂释放出分泌物, 随后腺毛会逐渐衰老、皱缩并脱落。研究显示, 马铃薯叶片存在多种类型的表皮毛, 腺毛能合成、积累并释放分泌物, 结合番茄等茄属植物的表皮毛功能研究结果认为马铃薯叶片表皮毛可能具备增强对昆虫和病原菌的物理和化学防御能力的潜在作用, 其功能验证和作用机制有待深入研究。

自然条件下气温升高3℃至4℃对地膜玉米根-冠衰老和产量的影响

张世博, 李宏岩, 李培富, 任瑞华, 路海东

作物学报. 2025, (6):  1599-1617.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43053

摘要 ( 55 )   HTML ( 7 )   PDF (1856KB) ( 91 )  

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随着近年来全球气温不断升高及骤旱频发, 地膜春玉米早衰现象愈加严重, 严重抑制了玉米产量的形成。目前, 关于覆膜玉米早衰的研究主要集中在水分逆境胁迫与叶片关系方面, 而覆膜增温对春玉米根-冠衰老的作用机理尚不明确。因此, 基于以上问题, 本研究于2021—2022年在西北半湿润易旱区的长武(年平均气温>9℃)和杨凌(年平均气温>12℃)进行了为期2年的田间试验。以裸地为对照(CK), 从不改变地膜保水效应的角度出发, 设置了透明地膜覆盖(TM)和“透明地膜+黑色聚乙烯网”的双层覆盖(TM+BN)措施。以郑单958为供试材料, 研究不同覆盖措施对旱地农田土壤环境、春玉米根系生长与衰老特性、叶片持绿特性及产量的影响。结果表明, 与CK相比, 覆盖处理增加了2个地点的土壤蓄水量, 且覆盖处理间的平均土壤蓄水量无显著差异。同时, 杨凌春玉米从三叶至成熟期(V3—R6)的平均表土温度比长武高2.1~2.3℃。在2个地点, TM下的平均表土温度比TM+BN显著增加2.0~2.2℃。因此, 相比TM, TM+BN适度的降温有利于后期土壤氮素供应, 进而延长了春玉米生殖生长期10~12 d, 并增强了生育后期根系抗氧化能力和叶片持绿特性, 使成熟期0~40 cm根系干重及地上部干物质积累量分别显著提高8.6%和14.4%, 最终春玉米产量较TM增加了18.5%~24.5%。这些结果表明, 在未来全球变暖3~4℃的大背景下, 在热量资源丰富的旱地农业区, 将V3—R6期的平均表土温度保持在26.3~29.0℃有望延缓地膜玉米早衰并提高籽粒产量。本研究可为地膜玉米高产高效栽培及可持续生产提供科学理论依据。

西北灌漠土区长期有机无机配施协同提升玉米产量和品质

郑浩飞, 杨楠, 杜健, 贾改秀, 邹悦, 麻文浩, 王彦婷, 索东让, 赵建华, 孙宁科, 张建文

作物学报. 2025, (6):  1618-1628.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43040

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基于1982年布设在西北灌漠土区的长期定位试验, 探究长期有机无机配施对玉米产量和籽粒品质的影响。长期定位试验在甘肃省张掖市农业科学院试验站进行, 采用二因素裂区试验设计, 主因素为施用有机肥(M)和不施用有机肥(NM), 副因素为不同化肥施用, 包括不施化肥(CK)、施氮肥(N)、施氮磷肥(NP)和施氮磷钾肥(NPK), 共8个处理。2022和2023年收获期考察农艺性状并测定玉米籽粒蛋白、淀粉和脂肪含量, 计算籽粒粗蛋白产量。结果表明, M处理中玉米籽粒产量较NM显著提高11.51%~18.26%, 粗蛋白产量显著提高17.02%。在施用有机肥条件下, NP、NPK处理获得较高产量, 分别平均达到12.85 t hm^-2和13.29 t hm^-2, 二者间无显著差异。无论是否施用有机肥, 与CK相比, N、NP和NPK处理中产量分别平均增加17.89%、49.86%和54.44%, NP处理产量较N处理显著增加27.12%; 与CK相比, N处理中籽粒蛋白含量显著增加了12.83%, 而NP和NPK处理中籽粒蛋白含量与CK相比无显著差异; M处理中蛋白含量和淀粉含量较NM分别增加了21.88%和0.56%; 与CK相比, N、NP和NPK处理中蛋白含量分别增加29.08%、52.31%和61.84%, 玉米籽粒脂肪含量变化不显著。因此, 施用有机肥能够增加产量, 配施化学肥料(特别是氮磷肥)能在此基础上进一步提高玉米产量和籽粒品质, 促进玉米高产优质可持续发展。

钾肥用量对油菜产量和钾素积累及因冻害减产程度的影响

崔鑫, 谷贺贺, 宋毅, 张哲, 刘诗诗, 陆志峰, 任涛, 鲁剑巍

作物学报. 2025, (6):  1629-1642.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44150

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冬油菜越冬期与蕾薹期遭遇低温冻害是影响油菜产量的主要不利因素, 增施钾肥是提高冬油菜抗逆性、减少油菜遭遇低温冻害所带来产量损失的有效措施。为明确不同钾肥用量对冻害后油菜产量损失程度的影响, 本研究利用2022/2023和2023/2024年在湖北省两地开展钾肥定位田间试验, 对比了2023/2024年极端低温天气下钾肥用量(0、60、120、180、240 kg hm^-2)对冻害后油菜产量及产量构成因子、地上部钾养分含量及分配、钾养分利用效率的影响, 明确了低温冻害下油菜适宜的钾肥用量。结果表明, 与2022/2023年度相比, 2023/2024年的极端低温天气造成武汉和武穴试验点相同处理下的油菜分别减产13.4%~24.1%和35.7%~51.7%, 地上部总生物量的降幅分别为32.3%~42.5%和23.9%~38.9%, 产量降低分别主要表现在单株角果数(35.5%~56.0%)和千粒重(28.1%~31.6%)的降低。施钾缓解了冻害后油菜产量的降低程度, 且在钾肥用量为180 kg hm^-2时油菜的减产程度最低。冻害后油菜籽粒钾含量及分配比例增加, 地上部钾积累量显著降低, 但钾素吸收利用率和钾肥偏生产力降低, 施钾提高了油菜籽钾含量的增加幅度, 减缓了地上部钾吸收量的降低, 促进了非籽粒部分钾养分向籽粒的转移。线性加平台模型的拟合表明, 冻害后武汉和武穴试验点的适宜钾肥用量分别为163.1 kg hm^-2和147.9 kg hm^-2, 相比2022/2023年适宜施钾量平均增加35.2 kg hm^-2。综上所述, 在遇到低温冻害天气时, 适当追施钾肥有助于改善油菜生长, 缓解由于低温冻害对油菜造成的产量损失。

黄土旱塬区秸秆覆盖量对不同降雨年型土壤水温效应和冬小麦产量的影响

赵刚, 张建军, 党翼, 樊廷录, 王磊, 周刚, 王淑英, 李兴茂, 倪胜利, 米文博, 周旭姣, 程万莉, 李尚中

作物学报. 2025, (6):  1643-1653.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.41083

摘要 ( 63 )   HTML ( 9 )   PDF (754KB) ( 77 )  

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为了明确黄土旱塬区不同降雨年型下秸秆覆盖量对土壤水温效应和冬小麦产量影响的机理, 本研究连续7年研究了秸秆覆盖量在不同降雨年型对土壤水分、温度及冬小麦耗水和产量的影响。结果表明, 秸秆覆盖显著提升越冬期地温, 覆盖量越大, 增温效果逐渐减弱。在干旱年和平水年, 返青期1500 kg hm^-2处理呈增温趋势, 而丰水年则表现为降温; 不同年型下, 覆盖量越大降温效果越显著。秸秆覆盖在冬小麦生育期内均增加了0~2 m土层的土壤贮水量, 且覆盖量越大贮水量越高; 干旱年和平水年, 耗水量随覆盖量增加而减少, 而丰水年则相反。干旱年返青—灌浆期, 1500 kg hm^-2处理较露地贮水量增加11.8 mm, 且全生育期耗水量在各年型下均高于露地6.9~14.8 mm, 其中返青—拔节期和灌浆—成熟期的耗水量增加尤为显著。在产量和水分利用效率方面, 1500 kg hm^-2处理分别较露地增加17.6%和14.8%, 增产主要源于穗数增加; 3000 kg hm^-2处理的产量和水分利用效率与露地接近, 而覆盖量进一步增加则导致产量和水分利用效率下降。当1500 kg hm^-2覆盖条件下, 可有效提高干旱年和平水年返青期土壤温度, 达到高产和高水分利用效率, 3000 kg hm^-2为临界值, 过高覆盖量虽显著增强保水效果, 但因降温过度, 产量和水分利用效率下降。

聚-γ-谷氨酸对直播稻抗倒伏性的影响

李子翔, 黄绒, 王志超, 李鸿雁, 谭俊行, 程宇, 杜雪竹, 盛锋

作物学报. 2025, (6):  1654-1664.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42054

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探究聚-γ-谷氨酸(γ-PGA)对直播稻抗倒伏性、产量和品质的影响, 为高产优质的水稻栽培技术提供理论依据和技术参考。于2022和2023年在湖北省武穴市花桥镇开展田间试验, 采用双因素裂区设计, 以直播方式水直播(W)和旱直播(D)为主区, 不施加γ-PGA发酵液(P0)和施加25 kg hm^-2 γ-PGA发酵液(P1)为副区, 共4个处理, 对水稻抗倒伏能力相关指标、产量、稻米品质进行测定。结果表明, 施加γ-PGA能分别使水、旱直播下水稻第一基节茎粗增加10.3%~10.6%和7.5%~13.3%, 第二基节茎粗增加10.5%~11.8%和8.2%~17.5%, 茎秆壁厚增加23.7%~27.9%和12.5%~22.0%, 抗折能力提高37.3%~52.7%和50.8%~54.5%, 弯曲力矩提高3.8%~7.6%和4.1%~5.9%, 折断弯矩提高37.3%~52.7%和50.8%~54.5%, 倒伏指数降低21.9%~29.1%和30.2%~32.2%。施加γ-PGA能改变水稻的茎秆强度, 提高产量和稻米品质。

绿洲灌区玉米籽粒产量及品质对密植及间作豌豆的响应

闫尚龙, 王琦明, 柴强, 殷文, 樊志龙, 胡发龙, 刘志鹏, 韦金贵

作物学报. 2025, (6):  1665-1675.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.43051

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针对绿洲灌区增密导致玉米籽粒品质下降问题, 研究间作豌豆对不同密度玉米籽粒品质的影响, 以期为构建高产高品质玉米种植模式提供理论和实践依据。2020—2021年, 设裂区试验, 主区为单作玉米(M)、玉米间作豌豆(M||P); 副区为玉米种植密度, 单作分别为每公顷7.8万株 (M1, 低密度)、10.35万株(M2, 中密度)、12.9万株(M3, 高密度), 对应低、中、高间作玉米密度分别为每公顷4.5万株(M1||P)、6万株(M2||P)、7.5万株(M3||P)。重点研究增密及间作豌豆对玉米产量和营养品质的影响。结果表明, 增密显著提高玉米籽粒产量和生物产量; 间作豌豆显著提高玉米的籽粒产量和生物产量, 且间作能强化增密对籽粒产量和生物产量的正效应, 间作中密度(M2||P)玉米籽粒产量和生物产量最高, 分别较单作低密度提高了34.6%~36.6%和30.0%~39.3%。随着密度的增大, 籽粒淀粉含量显著增加, 蛋白质和脂肪含量显著降低, 而营养成分总产量先增加后降低; 间作豌豆显著增加籽粒营养成分含量和营养成分总产量, 且能够强化增密对籽粒淀粉含量以及籽粒营养成分总产量的正效应, 消减增密对籽粒蛋白质含量负效应, 同时弱化高密度较中密度导致的籽粒营养成分总产量下降。增密显著降低玉米籽粒中苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸含量, 显著增加色氨酸和赖氨酸含量; 间作显著提高籽粒中苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸含量, 且间作能够弱化增密对籽粒苯丙氨酸和亮氨酸含量的下降, 以间作中密度处理效果最好。从综合表现来看, 增密和间作均显著提高玉米的综合表现, 间作豌豆且玉米密度为6万株 hm^-2时综合表现最优(评分为0.47)。该模式可最大限度提升籽粒产量, 同时有利于籽粒品质提升, 是河西绿洲灌区提升玉米籽粒产量和品质的可行种植模式。

研究简报

基于MaxEnt模型和HPLC技术的独活潜在适宜种植区预测及品质区化研究

胡超贵, 董鹏斌, 王辰玥, 李欠

作物学报. 2025, (6):  1676-1689.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.44126

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独活是一种传统中药材与经济作物, 由于产地较为广泛, 质量难以控制。本研究采用最大熵模型(MaxEnt)预测独活在中国当前和未来潜在适宜分布区域, 揭示了气候变化如何驱动其空间分布格局的演变, 同时结合高效液相色谱(HPLC)和ArcGIS空间分析技术探讨了影响独活香豆素积累的主要环境因子, 并区划优质适宜种植范围。结果表明, 影响独活当前种植适宜分布的关键环境因子包括年温度变化范围、最冷月最低气温、5月太阳辐射量、最冷季平均气温、最暖季节降水量。种植适宜区主要分布在四川中部(阿坝和甘孜)、甘肃南部(平凉)、陕西南部(秦岭)、湖北南部(宜昌)和云南南部等季风气候区。模型预测表明, 未来的气候变化将使适宜分布的中心向北部和高纬度地区移动, 导致适宜地区的减少。可能受降水的影响, 香豆素含量从高适宜区向低适宜区逐渐减少, 优质种植适宜区域主要集中于四川中部、甘肃南部、湖南、河南、湖北南部和安徽南部, 与当前种植适宜分布基本一致, 且未来面积也将逐渐减少。本研究对优化独活种植、提高质量控制水平、提高经济效益和促进产业发展提供了理论依据和技术支撑。

水稻OsPUB4基因克隆、激素诱导表达分析与互作蛋白筛选

李福媛, 杨奕, 马继琼, 许明辉, 林良斌, 孙一丁

作物学报. 2025, (6):  1690-1700.  doi:10.3724/SP.J.1006.2025.42045

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为探究E3泛素连接酶OsPUB4的功能, 阐明OsPUB4介导的调控机制, 以日本晴为材料, 克隆水稻U-Box型E3泛素连接酶基因OsPUB4, 且通过生物信息学在线网站对启动子顺式作用元件和编码区序列特征进行预测, 并构建系统发育树, 采用实时荧光定量PCR技术探究该基因在不同植物激素诱导下的表达特征, 同时利用酵母cDNA文库对OsPUB4的互作蛋白进行筛选。结果表明: (1) 水稻OsPUB4基因启动子区含多个与激素、光、温度等相关的响应元件, 编码区全长2187 bp, 无信号肽, 含1个跨膜结构域和62个磷酸化位点; (2) OsPUB4与乌拉尔图小麦PUB4蛋白的亲缘关系较近; (3) 通过外源激素诱导发现, 短时间内JA会抑制水稻叶片中OsPUB4基因的表达, 而IAA则相反; (4) OsPUB4蛋白与OsTPS5、Di19和THIC等存在相互作用关系。综上, OsPUB4基因受外源激素诱导表达, 且与多个胁迫响应相关蛋白存在互作关系, 为深入研究OsPUB4在水稻胁迫响应方面的功能提供理论依据。